Карл Андерсон (1905–1991) – известный американский физик, открыватель новой элементарной частицы – позитрона, античастицы электрона. Получил за это открытие Нобелевскую премию по физике (1936).
Нейтрон – тяжёлая элементарная частица, не имеющая заряда. Нейтроны вместе с протонами являются главными компонентами атомных ядер.
Абдус Салам (1926–1996) – известный пакистанский физик-теоретик. Лауреат Нобелевской премии (1979) «за вклад в единую теорию электромагнитных и слабых взаимодействий».
Сказка о всеволновом астрономе Шкловском и об инопланетных цивилизациях
– Мы ждем от вас новой сказки! – выпалила Галатея, увидев за обедом королеву Никки, давнюю подругу принцессы Дзинтары.
Дзинтара вздохнула и возвела глаза к небу. Гостья не удивилась:
– Есть один учёный, над проблемой которого я часто думаю, – и я с удовольствием вам о нём расскажу.
– И о его проблеме расскажете? – уточнила Галатея.
– Конечно. Учёный неотделим от своих проблем.
Вечером, когда шум в доме затих и наступило зыбкое время между бурным днём и тихой ночью, дети уселись слушать новую историю от королевы Никки.
– Астрономы тысячелетиями исследовали небо с помощью астролябий или телескопов, но всегда в световом, видимом, диапазоне – с помощью глаз. Когда в конце XIX века Герц открыл невидимое радиоизлучение, а Рентген – невидимые рентгеновские лучи, стало понятно, что невооружённым глазом человек может видеть очень незначительную часть звёздного излучения, с длиной волны от 0,4 до 0,8 микрона (одной тысячной миллиметра). К середине XX века астрономические приборы стали совершеннее, появились космические телескопы, и астрономия стала «всеволновой»: астрономы стали изучать небо в гигантском интервале длин волн – от низкочастотных радиоволн (с длиной волны до 100 тыс. км) до гамма-лучей (с длиной волны меньше миллионной доли миллиметра).
Важную роль в создании всеволновой астрономии сыграл советский учёный Иосиф Шкловский. Он построил теорию радиоизлучения Солнца и даже лично участвовал в подтверждении своей теории. Учёный вспоминает в книге «Эшелон»: «Почти тридцать пять лет тому назад ослепительно-белый красавец теплоход „Грибоедов“ пересекал по диагонали Атлантический океан… Цель экспедиции – наблюдение полного солнечного затмения 20 мая 1947 года. Полоса затмения проходила через всю Бразилию…»
Шкловский сам плыл на этом теплоходе и с гордостью отмечал: «…плавание „Грибоедова“ было „вешкой“ в истории науки, в данном случае только начинавшей своё триумфальное шествие радиоастрономии… наблюдениями, выполненными во время солнечного затмения с борта нашего славного корабля, было убедительно доказано, что источником радиоизлучения Солнца на метровых волнах является корона, как и было предсказано за год до этого тогда ещё начинающими молодыми теоретиками…»
Этими молодыми теоретиками были Виталий Гинзбург, будущий нобелевский лауреат, и сам Шкловский.
Андрей внимательно слушал Никки и быстро сообразил:
– Они дождались времени затмения, когда Луна загородила диск Солнца, но не загородила его корону, которая больше диска, – и измерили солнечное радиоизлучение. Если радиолучами светит сам солнечный диск, затмение Луной полностью прекратило бы этот поток, а если радиосигнал испускает корона, то затмение просто уменьшает его. Видимо, это и обнаружили астрономы!
– Согласна с тобой! – кивнула Никки. – Шкловский занимался и знаменитыми линиями Фраунгофера, которые в видимом диапазоне волн являются тёмными, то есть в них свет поглощается. Шкловский показал, что на длинах волн меньше 0,15 микрона линии Фраунгофера в спектре Солнца становятся эмиссионными, то есть ярко светящимися, а не тёмными.
Всеволновая астрономия развивалась, и учёные всё больше разбирались в механизмах генерации разных излучений.
– Они разбирали эти механизмы по винтикам! – прокомментировала Галатея.
– Важное открытие Шкловский сделал в 1953 году. Он вспоминает в книге «Эшелон»: «Я был молод и был готов в самом буквальном смысле штурмовать небо. Уже больше двух лет я мучительно раздумывал о природе ныне такой знаменитой Крабовидной туманности. Эта туманность оказалась к тому же ярчайшим источником радиоизлучения. Я пытался объяснить это радиоизлучение как „продолжение“ её оптического излучения. Никто тогда не сомневался, что последнее сводится к давно уже известному тепловому излучению образующих туманность горячих газов. Именно таким способом излучали все известные тогда астрономам газовые туманности. Увы, мои попытки потерпели фиаско – слишком интенсивным было радиоизлучение Крабовидной туманности, чтобы быть продолжением её оптического излучения».
Шкловский вспоминает и момент разгадки: «…я накануне нового… 1953 года понял природу радиоизлучения этой туманности. Всё дело – в космических лучах, которыми буквально „начинена“ Крабовидная туманность! Вернее, в электронах сверхвысоких энергий, которые, двигаясь в магнитных полях туманности, должны излучать электромагнитные волны».
Никки усмехнулась:
– Мозг учёного работает в любой обстановке. Окончательное решение природы излучения Крабовидной туманности пришло к Шкловскому в переполненном трамвае: «Тут подошёл набитый до отказа мой трамвай, куда я, что называется, „ввинтился“. Я висел на поручне в этой немыслимой тесноте… И вдруг молнией пронзила мысль… „Ведь если нельзя было объяснить радиоизлучение „Краба“ продолжением его оптического теплового излучения, то почему бы не объяснить оптическое излучение этой туманности продолжением её радиоизлучения, имеющего заведомо нетепловую природу? Значит, оптическое излучение „Краба“ тоже нетепловое, оно порождается „релятивистскими“ электронами, но с энергией ещё в сотни раз большей, чем у тех, которые вызывают радиоизлучение!“
Трамвай тащился до Останкино минут 45. Я был в каком-то сомнамбулическом состоянии. За эти 45 минут я в уме выполнил весь теоретический расчёт этого излучения. Приехав домой, я тут же без единой помарки написал статью в „Доклады Академии наук“. Думаю, что это лучшая моя работа. Она вызвала настоящий взрыв дальнейших исследований во многих странах. Круги от этого взрыва расходятся до сих пор».
– Вот так, в трамвае, можно написать научную работу? – удивилась Галатея.
Дзинтара, которая тоже слушала историю Никки, улыбнулась:
– Сделать научное открытие можно очень быстро, но только при условии, что ты думал над проблемой долгие годы.
– Даже в переполненном трамвае! – добавил Андрей. – Но мне непонятно, что такое нетепловое оптическое излучение?
Никки ответила:
– Тепловое излучение – это излучение нагретого тела. Его спектр описывается формулой Планка, по которой можно вычислить, в каком соотношении находится видимое свечение и радиоизлучение космического объекта. Наблюдаемое излучение Крабовидной туманности никак не вписывалась в формулу Планка. Шкловский предположил, что радиоизлучение и оптическое свечение этой туманности связано с электронами, которые вращаются вокруг линий магнитного поля и излучают не как нагретое тело Планка, а скорее как контур Герца. На них не распространяется формула Планка, поэтому Шкловскому удалось согласовать наблюдения со своей новой теорией.
Гостья продолжила:
– Шкловский исследовал самые разные излучения космических объектов: от радиоволн до рентгена. Например, он заинтересовался рентгеновским излучением космического объекта Скорпион X-1. В апреле 1967 года Шкловский опубликовал статью, в которой доказывал, что это излучение рождается при падении газа на нейтронную звезду.
Никки откинулась на спинку кресла и задумчиво, даже с некоторой мечтательностью заговорила:
– Нейтронная звезда – последняя ступенька перед чёрной дырой. Стоит звезде в несколько раз увеличить свою массу, и она сколлапсирует, сожмётся до радиуса чёрной дыры, который вычислил немецкий астроном Карл Шварцшильд. Уровень искривления пространства вокруг нейтронных звёзд и чёрных дыр сопоставим, но нейтронные звёзды с их излучениями гораздо легче исследовать, чем невидимые чёрные дыры.
Нейтронная звезда – изумительно красивый объект. Его раскалённая поверхность состоит из полимерного железа, которое в миллион раз прочнее земной стали. Под этой корой простираются слои сверхтекучей нейтронной жидкости и сверхтяжёлых радиоактивных ядер, которые нестабильны в земных условиях. Ещё глубже нейтронная звезда представляет собой многокилометровый шар из ядерной материи или гигантское атомное ядро, которое не укладывается в обычную таблицу Менделеева.
Нейтронные звёзды относятся к чёрным дырам, как девушка с красивой прической к лысой женщине. Физики так и говорят: «Чёрные дыры не имеют волос». В отличие от нейтронных звёзд, чёрные дыры – предельно вырожденные объекты, у которых для внешнего наблюдателя доступны лишь несколько параметров: масса, скорость вращения и электрический заряд.
